Poêle économe en bois simplifié selon Gérard Bonin

Fiche technique

Objectifs : efficacité et moindre coût.

Cette solution est réalisable sans électricité et sans outillage sophistiqué. La cuve est taillée dans une tôle de 50 x 17 cm et de 1.5 mm d'épaisseur et pliée avec un marteau sur un angle en pierre. Une autre tôle plus fine, la jupe, vient entourer la casserole. L'outil est complété par une isolation construite avec les matériaux que l'on trouvera sur place : brique, terre, pierre… Un petit grillage métallique permettra de surélever le bois dans la cuve. Sous la cuve, on pourra installer une tôle de récupération.

Après de nombreux essais, le rendement obtenu se situe entre 30 et 40% à comparer avec le rendement de 3 à 6% pour le feu sur 3 pierres. Le coût de cette solution est de l'ordre de 3 euros. La maintenance est simplifiée : chaque élément peut être changé facilement. La décoration peut être faite par l'utilisateur.
 

Plan de la cuve

poele2006.gif (24138 octets)

Prendre une tôle d'acier d'épaisseur 20/10 (épaisseur minimum 15/10).
Découper un rectangle de 50 cm sur 17 cm.
Tracer les repères tels que représentés sur le schéma suivant :


planpoele.gif (8955 octets)
Découper les parties figurées en traits pleins.
Replier selon les pointillés.
Souder par quelques points les parties repliées.

On obtient : Les parties représentées en grisé sont les rabats qui ont été repliés selon les pointillés.


Plan de la jupe

Utiliser une plaque de tôle de 75/100, cette plaque de tôle, beaucoup moins épaisse que celle de la cuve, est suffisante car la jupe ne subit que la température des fumées c'est à dire une centaine de degrés.
Pour les marmites de 33cm de diamètre : découper un rectangle de 120cm/16cm et former un cylindre avec la partie ainsi découpée.
Pour les marmites de 24cm de diamètre : découper un rectangle de 80cm/12cm et opérer de la même manière.

NB : Pour une efficacité maximum le cylindre formé doit entourer la marmite en laissant un espace d'air de 2cm environ.

Dans une plaque de tôle de 1m/2m il possible de tirer 6 jupes pour marmites de 33cm et 6 jupes pour marmites de 24cm.

Indications pour la construction de l'isolant en terre séchée

Deux briques latérales 20 x 10 x 20 cm
Une brique de fond : 15 x 10 x 20 cm
Une briquede face : 15 x 10 x 12 cm

planpoeleisolant.gif (5191 octets)
Maintenir une distance de 2 à 3 cm entre la cuve et l'isolant.

Evaluation des coûts des divers sous-ensembles potentiels

Les dimensions des éléments constitutifs ont été ajustées de façon que, dans une plaque standard de tôle de dimensions 1m/2m, on puisse trouver un nombre entier de sous-ensembles minimisant ainsi au maximum les chutes de matière première.
1. CUVE à FEU
Surface de la cuve : côtés latéraux .085m², fond de cuve. 02m² surface totale 1/10m² il est donc possible d'extraire 20 cuves dans une plaque. Prix de la plaque en 20/10 : 250Frs ; en 15/10 : 135Frs
Coût de la cuve : en 20/10 : 12.5Frs soit 1250fcfa en 15/10 : 7Frs soit 700fcfa
2. JUPE
Surface de la jupe pour marmite de 33cm : 0.192m², surface de la jupe pour marmite de 24cm : 0.096
Le prix d'une plaque de tôle de 80/100 est 72Frs Etant donné que l'on peut extraire 6 jupes de chaque type dans une plaque de 2m²
Coût moyen de la jupe : 6Frs soit 600fcfa (de 450fcfa à 1200fca selon la répartition des dimensions de marmites.
3. l'ISOLANT
Nous faisons l'hypothèse que ces briques séchées sont faîtes dans les villages, en deux heures pour un poêle(à confirmer).
Coût main d'œuvre de l'isolant : 5frs soit 500fcfa
4. L'ENVELOPPE EXTERIEURE
Si nécessaire, pour assurer la transportabilité (voir plan et règles de construction dans le rapport d'avril 2005), réalisée dans une tôle de 80/100.
Les prix ci dessous sont réactualisés en fonction des infos rapportées par H.B


La transportabilité du poêle a une justification sanitaire. En effet, lorsque l’on allume un feu, une quantité de fumée importante se dégage. Cette fumée est dûe à l’humidité des matériaux (combustible et enveloppe) et elle est présente pendant toute la phase de montée en température de la structure. Cette fumée noircit très rapidement le local dans lequel on opère, elle dépose des quantités de particules de suie qui rendent l’atmosphère âcre et désagréable, elle est de plus très toxique, nocive pour l’organisme humain ( poumons, bronches et yeux…).
Le poêle ‘transportable’ donne la possibilité de faire démarrer le feu à l’extérieur du local, puis lorsque le feu est actif on transporte le poële à l’intérieur.
La fumée dégagée pendant la cuisson ne dépendra plus que de la qualité du bois et du ‘tirage’ du poêle.

Le tirage
est un facteur important pour la qualité et l’efficacité du feu. On peut assimiler le tirage à la quantité et à la température de l’air, c’est à dire de l’oxygène, apporté à la combustion. Sans tirage, le feu s’éteint, avec un tirage trop élevé la combustion est sur-alimentée… la fumée réapparaît, le bois se consume trop vite, des dépôts importants de noir de fumée se fixent sur la surface extérieure de la casserole.
Pour un rendement maximum il faut pouvoir régler le tirage et assurer un préchauffage de l’air entrant dans le poêle. Qui dit tirage suppose une entrée d’air mais aussi une sortie…, la sortie de l’air, dans notre cas, se fait par la distance séparant la casserole du feu et par la distance entre les bords de la casserole et les bords de la cuve à feu.

Le second avantage important de la ‘transportabilité’ réside dans la possibilité d’installer, à sa convenance, le poêle à hauteur d’homme. L’accessibilité au foyer pour le chargement, et la surveillance de la cuisson peuvent ainsi se faire dans une position confortable. Plus n’est besoin de s’accroupir pendant toutes les phases opératoires.

Durée de vie des poêles économes

Le poêle économe en activité est soumis à de nombreuses contraintes mécaniques et thermiques. Il est admis que sa durée de vie peut varier entre 2 semaines et 10 ans. En réduisant les points faibles, on peut prolonger la durée de vie de manière significative.

Les pièces métalliques en contact avec le feu de bois sont soumises à des contraintes thermiques sévères du fait d'une température forte de l'ordre de 600 degrés et plus. Le métal peut subir une action déformatrice si la chaleur dépasse un seuil de 800°. Si la température de fusion du fer est de 1300 degrés, il rougit et devient malléable entre 900 et 1050 degrés. En ayant dépassé un seuil de 800 degrés, il subit une déformation et ne retrouve plus sa forme initiale.

Sous l'action répétée du feu, l'acier se transforme en fer par dégagement de carbone. A l'air libre et plus encore par temps humide, la rouille attaque le fer et le réduit petit à petit en poussière.

Il est donc judicieux de
. sélectionner des qualités de tôles moins sensibles. Une épaisseur de 1.5 mm ou mieux de 2 mm pourrait être un bon compromis entre coût, résistance et souplesse pour le pliage. A ces épaisseurs, un artisan pourra plier la tôle avec un marteau et une pierre à angle droit. Si possible, il sera intéressant de remplacer les pièces métalliques en contact avec le feu par des matériaux moins sensibles à la température comme la brique, le béton, un assemblage de pierres et de terre argileuse …

. de limiter le feu à la chaleur suffisante pour la cuisson. Un excès de chaleur n'accélère pas vraiment le temps de cuisson, mais dégrade certainement plus rapidement l'appareil

. de protéger le poêle de l'humidité en le plaçant sous un auvent, ou, s'il est portable, de le rentrer dans un abri après utilisation.

Essai du 26 jan 06


12h00 mise à feu. La température extérieure est de 0 dégré


12:20 la température est suffisante pour faire cuire le riz

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12:30 la languette permet de réduire le tirage

 

Courbes de montée en température :

Déclenchement
Anti monte lait--------------x-------------------------I-----------------------------------------------°

Ebullition----------------x-----------------------I---------------------------------------------°--------

Evaporation------------x------------------I-------------------------------------°----------------------

Début fumée---------x--------------I------------------------°-----------------------------------------

Eau chaude---------x----------I------------------°-----------------------------------------------------
Casserole
Ext.chaud---------x-------I-----------°-----------------------------------------------------------------

Eau tiède-------x-----I-------°-------------------------------------------------------------------------

Flammes------x---I---° ---------------------------------------------------------------------------------

Minutes     0         5       10       15       20       25       30       35        40         45       50 

Légende : courbe x : Expérience sur le gaz de cuisine
courbe I : Expérience à l’aide des différents prototypes construits
courbe ° : Expérience sur un feu extérieur trois pierres
Ces courbes indiquent les temps pour parvenir à ébullition selon les différents types de feu du plus sophistiqué au plus rudimentaire. Ces courbes relevées plusieurs fois sont très reproductibles elle représentent le temps nécessaire pour vaincre l’ensemble des inerties thermiques (structure, casserole, masse d’eau).
Les différents types de prototypes envisagés sont tous regroupés autour de la courbe I avec une très faible dispersion. Les plus grandes dispersions sont observées pour le feu 3 pierres et sont très liées aux conditions atmosphériques (vent, force et direction).
Feu trois pierres : Quantité de bois brulé au bout de 40mn : entre 750 et 1250gr
Quantité d’eau évaporée : = 100gr
Pseudo rendement : 3 à 6%

Feu trois pierres
Poêle ‘boisseau’ : Quantité de bois brulé au bout de 40mn : = 700gr
Quantité d’eau évaporée : 200gr
Pseudo rendement : 18%

 

Poêle boisseau
Poêle optimisé : Quantité de bois brulé au bout de 40 mn : 220gr = Qb = 320gr
Quantité d’eau évaporée : 220 = Qe = 330gr
Pseudo rendement : de 25 à 38%

L’information donnée par les femmes du village de Pambal après essai du poêle Winiarsky, jugé très satisfaisant : «…nous avons utilisé 3 morceaux de bois là où auparavant on en utilisait 10 !… » semble se confirmer.
Dans les essais effectués un rapport de 4 (et même de 5) sur le poids de bois a été obtenu le cas est fréquent mais pas toujours acquis… il reste à comprendre pourquoi.
Le rapport en gain sur le poids de bois se répercute directement sur le rendement exprimé en pourcentage. Nous avons obtenu des rapports de 1 à 6 !…..
Poêle optimisé
Essais
Les essais ont été conduits de façon à mettre en évidence l’incidence de chacun des constituants sur l’efficacité du poêle.

Cas 1. Une première série d’essais a été faite en utilisant uniquement la cuve métallique. Ceci représente la configuration minimale qu’il est intéressant de comparer avec le feu trois pierres et dont le coût de réalisation est très faible.

Cas 2. Une deuxième série a été réalisée en utilisant la cuve métallique entourée d’un isolant constitué de plaques d’argile (bonne représentation de ce que seraient des pavés de torchis).
Coût de réalisation faible mais nécessitant une opération locale de construction de briques séchées.

Cas 3. Une troisième série en superposant, sur cet isolant utilisé comme socle, une jupe métallique entourant la gamelle et servant à canaliser les fumées.

Cas 4. Une quatrième série en utilisant la cuve métallique insérée dans une enveloppe métallique servant à la fois de moyen de transport et de jupe métallique.

Cas 5.Une cinquième série, reprise du cas 4, en insérant, dans l’enveloppe métallique, l’isolant du cas 2.


Résumé des essais et commentaires

Pseudo-rendement (voir définition dans le rapport technique d’avril mai 2005 )
Cas 1:  22 à 27% moyenne : 25%
Cas 2:  28 à 30% moyenne : 29% soit une augmentation de rendement de 18%.
Cas 3:  37 à 40% moyenne : 39% soit une nouvelle augmentation de 30%
Cas 4:  30 à 33% moyenne : 31% il y a l'effet jupe mais... pas l'effet isolant.
Cas 5:  39 à 43% moyenne : 41% cumul de tous les avantages

Pour mémoire : Prototypes précédents avec briques plâtrières 25 à 38%
Feu trois pierres 3 à 6%


Un pseudo rendement de 50% signifie que la moitié de la quantité de chaleur dégagée par la combustion du bois est utilisée pour chauffer l’eau. Le reste est une quantité de chaleur perdue dans l’échauffement des matériaux et de l’air environnant.

Commentaires

Rappelons que la formule utilisée est approximative, car nous n’avons pas les moyens de mesurer la température du foyer pas plus que celle des différents matériaux ; néanmoins cette formule reste très intéressante pour évaluer et comparer les expériences.

Des essais entrepris, on peut déduire :
1- qu'une simple cuve métallique posée à même le sol améliore considérablement le rendement d'un feu trois pierres. On passe de moins de 10% à 25%
2 - que la cuve métallique a une meilleure efficacité que la cuve en brique.
3 - que la jupe canalisant les fumées a une forte importance.
4 - que l’isolant entourant la cuve métallique est nécessaire.
Variante avec une structure en pierre

Une structure en pierreAutour des 3 pierres du foyer traditionnel, nous avons ajouté sur le coté chargement 2 petites pierres qui soutiennent une grande pierre plate.

Puis nous avons colmaté les interstices avec de la terre.

Nous aurions pu ajouter une jupe métallique autour de la casserole et une petite plaque droite pour régler le tirage.

Les avantages de cette solution sont
. la simplicité de la construction
. la simplicite de la maintenance
. le coût minimum
. un rapprochement symbolique avec le feu à 3 pierres

 

 

Test avec une casserole

Sources:
. Gérard Bonin, rapport technique concernant les poêles économiseurs de bois dans le cadre du projet Notto Gouye Diama au Sénégal, 18 avril 2005,  Association AGIR Loire Océan, 11 rue Prinquiau, 44100 NANTES tel 02 40 43 76 81 agir44@wanadoo.fr
. Raymond Kammerer, résistance des métaux au feu

 

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